(57)【要約】【課題】磁気インピーダンス素子と外部磁場発生用コイルとを一体化した磁気インピーダンスセンサにおいて、均一な外部磁場を発生できるようにし、磁気特性を劣化させないようにする。【解決手段】感磁部となる短冊状磁性薄膜１と電極パッド２ａ，２ｂとを形成した非磁性基板３と、外部磁場発生用薄膜コイル５を形成した非磁性基板４とを、磁性薄膜１の面とコイル５の面とが対面するように互いに貼り合わせて構成する。コイル５を、磁性薄膜１が形成された凹凸状の面に直接形成するのではなく、別の基板の平坦な面に形成するので、均一な磁場を発生することができ、また、磁気検知部形成後における高温での熱処理が不要となることから磁気異方性を劣化させるおそれもない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性基板に高透磁率の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続したつづら折れパターンからなる磁気検知部を形成し、この磁気検知部に高周波電流を通電することで外部磁界により磁性体のインピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を示す磁気インピーダンス素子と、薄膜で形成した外部磁場発生用薄膜コイルとを一体化した磁気インピーダンスセンサにおいて、
前記外部磁場発生用薄膜コイルを前記磁気検知部とは別の基板に形成し、両者を貼り合わせたことを特徴とする磁気インピーダンスセンサ。
【請求項２】
非磁性基板に高透磁率の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続したつづら折れパターンからなる磁気検知部を形成し、この磁気検知部に高周波電流を通電することで外部磁界により磁性体のインピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を示す磁気インピーダンス素子と、薄膜で形成した外部磁場発生用薄膜コイルとを一体化した磁気インピーダンスセンサにおいて、
前記外部磁場発生用薄膜コイルとしてソレノイド型薄膜コイルを上半分用と下半分用に分割し、この上半分用コイルと下半分用コイルと磁気検知部とをそれぞれ別の基板に形成し、磁気検知部を挟んで上半分用コイルと下半分用コイルを互いに対面するように貼り合わせたことを特徴とする磁気インピーダンスセンサ。
【請求項３】
前記非磁性基板としてフィルム基板を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気インピーダンスセンサ。
【請求項４】
前記磁気検知部として磁性薄膜に代えて磁性薄帯を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気インピーダンスセンサ。
【請求項５】
前記磁気検知部として磁性薄膜に代えて磁性ワイヤを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気インピーダンスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁界検出を行なう磁気センサおよびこれを用いた電流センサ、特に磁気インピーダンス効果をもつ高感度磁気インピーダンス素子を用いた磁気インピーダンスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器や計測・制御機器の高性能化、小型薄型化、低コスト化が急速に進み、これらの急速な発展に伴いそこで用いられる磁気センサ，電流センサなどにも小型、低コスト、高感度などの要求が高まっている。
従来から用いられている磁気センサとしてはホール素子，磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子），巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子），フラックスゲートセンサなどが知られており、また、電流センサとしてはカレントトランスを用いたものが知られている。
【０００３】
例えば、コンピュータの外部記憶装置として用いられるハードディスク装置の磁気ヘッドには、従来のバルクタイプの誘導型磁気ヘッドからＭＲヘッドへと高性能化が進んでおり、現在では巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を適用しようとする研究が活発に行なわれている。また、モータの回転センサであるロータリエンコーダではマグネットリングの微小化に伴い、外部に漏れる磁束が微弱になっており、現在のＭＲ素子に代わり高感度な磁気センサが要求されている。
ブレーカなども従来の機械式に代わり、電流センサを用いた電子式の開発が進んでいるが、従来のカレントトランスを用いるものでは小型化が困難であり、また、感度，検出レンジなどの点で磁気センサの高感度化，大レンジ化が求められている。
【０００４】
これらの要求を満たすために、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果（ＭＩ効果とも言う）を用いた磁気インピーダンスセンサが、例えば特許文献１に提案されている。磁気インピーダンス効果とは、磁性体に高周波電流を通電した状態で外部磁界が変化すると磁性体の透磁率が変化し、それに伴って磁性体のインピーダンスが、磁界０のときと比較して数十〜数百％変化する現象である。このことから、磁性体両端の電圧を測定することにより、数百マイクロテスラ（μＴ）程度の微小な外部磁界変化を検出するものである。
上記のような磁気インピーダンス効果はアモルファスワイヤだけでなく、磁性薄帯や磁性薄膜でも同様に見られ、特に薄膜については小型，薄型化が可能であり、信頼性，量産性に優れるため、様々な構造のものが提案され、その１つに例えば特許文献２に示すものがある。
【０００５】
薄膜を用いた磁気インピーダンス素子は磁気異方性を付与され、一軸異方性を誘導した高透磁率軟磁性膜を短冊状に加工した磁性薄膜パターンで構成される。磁気異方性は磁性膜の成膜時に、磁界を印加しながら行ない、さらに回転磁界中や静止磁界中で１５０〜４００℃程度の熱処理をすることにより誘導される。磁化容易軸の方向は、一般的には短冊状構造の短軸（線幅）方向である。磁気インピーダンス素子はその長さ方向成分の磁界によって、インピーダンスが変化すると言う特性を示す。このときの磁気インピーダンス特性は、磁化容易軸が線幅の場合、磁場の正負でそれぞれインピーダンスのピークをとり、磁場の正負で対称であると言う特性を示す。また、その変化率は数十％から数百％と非常に大きな変化を示す。
【０００６】
長さ方向に磁気異方性を付与しても、磁気インピーダンス特性が発現する。そのときの特性は、磁界０のときインピーダンスが最も大きく、磁界の絶対値が大きくなるにつれて減少する特性になる。この場合も、インピーダンスは磁場の正負で対称になる。また、検出磁界方向も磁性薄膜パターンの長さ方向成分となる。
【０００７】
これらの磁気インピーダンス特性におけるインピーダンスの変化は、磁性薄膜パターンに高周波電流を通電している状態で、透磁率が変化することによって引き起こされるものである。インピーダンスを抵抗成分とインダクタンス成分に分離すると、両者ともに透磁率が変化することによって変化するが、抵抗値の大きい抵抗成分がその変化には支配的である。透磁率変化による抵抗変化は、基本的には高周波電流が磁性体中を流れるときに発生する表皮効果に起因するため、表皮効果を大きくするためには高周波電流の周波数を上げるか、または磁性薄膜パターンである磁性体の膜厚を厚くする方法が有効になる。
【０００８】
以上のように、磁気インピーダンス素子は磁界に対して大きくインピーダンスが変化することが特徴であるが、素子にバイアス磁界を印加し、磁界に対してインピーダンスの変化が大きい点で動作させることにより、磁界に対しさらに高感度に応答するセンサとなる。このバイアス磁界を印加するためには、素子の周りにコイル（バイアスコイル）を形成し、そのコイルに電流を流して磁界を発生させる必要がある。
また、感度の直線性を向上させる目的で、負帰還磁界をかける場合にもコイルが必要になる。アモルファスワイヤを用いた場合、そのワイヤの周りに直接Ｃｕワイヤなどを巻いてコイルを形成するが、薄膜で形成した磁気インピーダンス素子と同一基板上にコイルを薄膜で形成するものも既に提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
すなわち、磁気インピーダンス素子にはアモルファスワイヤを用いたものと、薄膜を用いたものがあるが、特性の再現性（安定性），信頼性，量産性の面では薄膜を用いた方が有利であると言える。薄膜を用いた場合、ガラスなどの非磁性基板上にスパッタ法などを用いて成膜し、レジストなどの感光材料を用いて微細パターンを形成し、ウエットエッチングやイオンビームエッチングなどのドライエッチングを用いて、微細パターンに加工している。
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−２８１７１２号公報（第２−４頁、図１）
【特許文献２】特開平０８−０７５８３５号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】特開平１１−１０９００６号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記のような磁気インピーダンス素子をセンサとして用いる場合には、バイアス磁場や負帰還磁場を発生するためのコイルが必要である。このコイルをワイヤで形成する場合、ボビンに巻くために小型化し難いと言う問題がある。また、薄膜コイルを形成する方法もあるが、形成した薄膜コイルの影響により、磁気検知部である磁性薄膜を形成する面に凹凸ができてしまい、磁気インピーダンス特性が悪化する。さらに、磁性薄膜の上に薄膜コイルを形成する場合、磁性薄膜と薄膜コイルとの間に絶縁膜を形成するために、高温での熱処理を必要とするが、そうすると、磁気インピーダンス効果にとって非常に重要な要素である、磁気異方性が劣化するという問題が生じるだけでなく、薄膜コイルを形成する面に凹凸があり、磁場分布が不均一になるという問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、薄膜コイル一体型磁気インピーダンスセンサにおいて、磁気異方性を劣化させず磁場分布を均一にし得るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、非磁性基板に高透磁率の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続したつづら折れパターンからなる磁気検知部を形成し、この磁気検知部に高周波電流を通電することで外部磁界により磁性体のインピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を示す磁気インピーダンス素子と、薄膜で形成した外部磁場発生用薄膜コイルとを一体化した磁気インピーダンスセンサにおいて、前記外部磁場発生用薄膜コイルを前記磁気検知部とは別の基板に形成し、両者を対面させて貼り合わせたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、非磁性基板に高透磁率の短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続したつづら折れパターンからなる磁気検知部を形成し、この磁気検知部に高周波電流を通電することで外部磁界により磁性体のインピーダンスが変化する磁気インピーダンス効果を示す磁気インピーダンス素子と、薄膜で形成した外部磁場発生用薄膜コイルとを一体化した磁気インピーダンスセンサにおいて、前記外部磁場発生用薄膜コイルとしてソレノイド型薄膜コイルを上半分用と下半分用とに分割し、この上半分用コイルと下半分用コイルと磁気検知部とをそれぞれ別の基板に形成し、磁気検知部を挟んで上半分用コイルと下半分用コイルを互いに対面するように貼り合わせたことを特徴とする。
【００１４】
上記請求項１または２の発明においては、前記非磁性基板としてフィルム基板を用いることができ（請求項３の発明）、または、前記磁気検知部として磁性薄膜に代えて磁性薄帯を用いることができ（請求項４の発明）、もしくは、前記磁気検知部として磁性薄膜に代えて磁性ワイヤを用いることができる（請求項５の発明）。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、短冊状磁性薄膜またはこれらを交互に接続したつづら折れパターンからなる磁気検知部と、薄膜で形成した外部磁場発生用コイルを一体化した磁気インピーダンスセンサにおいて、外部磁場発生用コイルを磁気検知部とは別の基板に形成し、両者が対面するように貼り合わせる構造としたので、磁気検知部となる磁性薄膜を平坦な面に形成することができ、また、磁気検知部形成後に薄膜コイル作製のための高温プロセスを不要にできるので、磁気インピーダンス効果に重要な磁気異方性の劣化を抑えることができる。さらに、薄膜コイルを平坦な面に形成できるので、均一な磁場を発生することができる。特に、請求項２の発明のように、薄膜コイルをソレノイド型とすることで、発生磁場を強くすることができ、または、請求項３の発明のように、フィルム基板とすることで、ソレノイドコイルの間隔をより短くすることができ、磁気検知部に印加される磁場をさらに強くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
[実施形態１]
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図で、同（ａ）は斜視図、同（ｂ）は基板４の平面図、同（ｃ）は基板３の平面図を示す。
これは、感磁部である短冊状磁性薄膜１と電極パッド２ａ，２ｂを形成した非磁性基板３と、外部磁場発生用薄膜コイル５を形成した非磁性基板４とからなる磁気インピーダンスセンサの例である。外部磁場発生用薄膜コイル５は、図１（ｃ）のようにスパイラル型としたが、これに限らない。
【００１７】
そのプロセスの概要は、以下の通りである。
非磁性体であるガラス基板３上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて、アモルファス磁性薄膜１と電極材料を成膜した。電極パッド２ａ，２ｂのパターンをレジストなどの感光材料を用いて微細パターンで形成した後に、ウエットエッチングによって電極パッド２ａ，２ｂの微細パターンを加工した。その後、レジストなどの感光材料を用いてアモルファス磁性薄膜１の微細パターンを形成し、磁界熱処理後にイオンビームエッチングによってアモルファス磁性薄膜１を微細パターンに加工した。ここでは、電極パッド２ａ，２ｂを先に形成したが、磁性薄膜パターン１を形成した後に電極パッドを形成しても良い。また、短冊状磁性薄膜に代えて、つづら折れパターンにしても良いのは勿論である。なお、磁性薄膜パターン１を形成した後に電極パッドを基板３の端に形成するために、金属配線９を形成した。
【００１８】
次に、外部磁場発生用薄膜コイルの作製プロセスにつき説明する。
非磁性体であるガラス基板4上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いてＴｉ／Ａｌを成膜後、薄膜コイル５と電極６のパターンをレジストなどの感光材料を用いて微細パターンで形成した後に、ウエットエッチングによって薄膜コイル５と電極６の微細パターンを加工した。
最後に、基板３と基板4を、パターンが対面するように支持材１２を挟んで貼り合わせ、磁気インピーダンスセンサを作製した。
【００１９】
以上のような構成とすることにより、磁性薄膜は薄膜コイルの段差の影響を受けずに済み、また、磁気検知部形成後に薄膜コイル作製のための高温プロセスを必要としないので、磁気インピーダンス効果において重要な要素である、磁気異方性の劣化を抑えることが可能となる。さらには、薄膜コイルを平坦な面に形成できるので、均一な磁場を発生することができる。
【００２０】
図３に比較のための従来例を示す。なお、同（ａ），（ｂ）とも作製プロセスは図１と同様である。
図３（ａ）の比較例１は、ガラス基板５１に薄膜コイル５２を形成後、絶縁膜５３を挟み磁性薄膜５４を形成したものである。この比較例では、薄膜コイル５２とガラス基板５１との段差によって、絶縁膜５３および磁性薄膜５４に段差が形成される。この段差が磁性薄膜５４の磁気異方性を劣化させ、磁気インピーダンス特性が劣化する。
【００２１】
図３（ｂ）の比較例２では、ガラス基板５１に磁性薄膜５４を形成し、その後、絶縁膜５３を挟み薄膜コイル５２を形成している。絶縁膜形成前に磁性薄膜５４の磁気異方性を所望の強さに誘導しているが、絶縁膜形成時には２００℃程度、またはそれ以上の熱を加える必要があり、その熱によって磁性薄膜５４の磁気異方性が劣化してしまい、磁気インピーダンス特性が劣化することになる。
【００２２】
[実施形態２]
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図で、同（ａ）は斜視図、同（ｂ）は基板８ａの平面図、同（ｃ）は基板７の平面図、同（ｄ）は基板８ｂの平面図、同（ｅ）は基板８ａの断面図、同（ｆ）は基板８ｂの断面図、同（ｇ）は基板貼り合わせ後の断面図を示す。
まず、磁気検知部である短冊状磁性薄膜１と電極パッド２を形成した非磁性基板７と、上半分用，下半分用に分割されたソレノイドコイル１０を形成した非磁性基板８ａ，８ｂを作製した。作製プロセスは図１と同じである。
【００２３】
ただし、基板８ａのコイル１０は図２（ｅ）に示すように、絶縁膜１１より上に飛び出した構造にすることが望ましい。これは、磁性薄膜１を搭載した基板７の収容を容易にするためである。
その後、磁気検知部を形成した基板７を基板８ｂの表面に接着し、さらに基板８ａ，８ｂをそのソレノイドコイル１０が互いに導通するように接合し、図２（ａ）または（ｇ）のように磁気インピーダンスセンサを作製した。
以上では、磁気検知部を支持する基板としてガラス基板を用いたがフィルム基板でも良く、磁気検知部としては磁性薄帯や磁性ワイヤを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す構成図
【図２】この発明の第２の実施形態を示す構成図
【図３】２つの従来例を示す断面図
【符号の説明】
【００２５】
１…磁性薄膜、２，２ａ，２ｂ，６…電極パッド、３，４，７，８ａ，８ｂ…非磁性基板、５，１０…薄膜コイル、９…金属配線、１１…絶縁膜、１２…支持材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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